MATLAB在“信号与系统”实验教学中的应用.pdf

MATLAB在“信号与系统”实验教学中的应用主要通过MATLAB软件的图形用户界面（GUI）来模拟和验证“信号与系统”实验。在这个过程中，MATLAB的GUI能够帮助学生更好地理解抽象的理论概念和复杂的数学运算。 我们需要了解“信号与系统”这门课程的特点。它是一门理论性很强、公式推导复杂、知识点抽象的电子信息类本科生必修的专业基础课。其中，一些概念和运算，如卷积积分、卷积和、信号的采样与恢复等，手工计算非常复杂。传统的硬件实验设备，成本高昂，实验中易受外界干扰和设备故障影响，常导致实验结果与理论分析不符，增加了学生对理论理解的难度。 为了解决这些教学问题，教师可以将计算机辅助实验教学方法运用到硬件实验教学中，利用MATLAB的GUI开发出“信号与系统”的仿真实验项目。这种方法不仅能够提高实验教学的效果，还能帮助学生更深入地理解信号处理的基本概念和分析方法，同时也能激发学生的学习兴趣，增强学习的积极性、主动性和创新性。 MATLAB是由美国MathWorks公司开发的一款集数值计算、符号计算和图像可视化于一体的软件工具，它具有强大的数值运算能力、完备的图像处理功能和编程可视化等特点。因此，MATLAB被广泛应用于信号处理、控制工程等各个领域中。通过MATLAB的GUI，仿真实验的设计过程变得更加简单，使用者可以在界面上直观地输入实验参数，并在仿真运行后观察输出波形，方便地对比分析不同参数下的实验结果。 在“信号与系统”实验教学中，使用MATLAB进行仿真实验可以具体体现在连续信号的采样与恢复实验中。例如，给定一个模拟信号，可以通过MATLAB的GUI图形用户界面设计信号采样与恢复的仿真主界面。在这个界面上，学生可以输入不同的采样频率，进行采样和恢复信号的实验。实验结束后，学生能够观察到原信号在不同采样频率下的离散信号和恢复信号的时域波形，从而更加直观地理解连续信号采样与恢复的原理。 通过仿真，学生可以验证香农采样定理，即采样频率应该满足一定的条件以确保原信号频谱不发生畸变。在实验中，使用理想低通滤波器可以帮助滤除主频谱以外的其他频谱，从而得到不失真的恢复信号频谱。这样的仿真实验过程不仅能够加深学生对连续信号采样与恢复概念的理解，还能够通过对比不同采样频率下的结果来加深学生对采样定理的理解。 通过将MATLAB应用于“信号与系统”实验教学，可以克服传统硬件实验系统的不足，通过仿真实验来帮助学生理解课程中复杂的理论知识，提高实验教学的效果，并激发学生的学习兴趣和创新能力。